接觸角的含義

什么是接觸角？

接觸角為我們提供了液體在表面上鋪展的好壞的指標。在配制油墨時，接觸角提供了一個有用的指標，表明油墨的改性將如何影響其鋪展。

接觸角可大可小，取決于被研究材料的物理性質。下圖顯示了表面上的三種不同的水滴。最左邊的液滴具有大的接觸角，因為它不會在固體表面上擴散。最右邊的液滴具有低接觸角，因為它擴散得很好。這種擴散被稱為“潤濕”，當液滴沉積在表面上時，或者“潤濕”或者“去潤濕”。

下圖顯示了固體表面上液滴的2D截面。定位液滴輪廓與固體表面相交的點。液滴輪廓和固體表面之間的角度是接觸角。

如果我們想要一種溶液更容易在基底上擴散，我們可以改變配方中使用的溶劑，并測試它們是否增加了潤濕能力。在這種情況下，低接觸角將是期望的結果。

或者，我們可能正在為一件衣服開發防水涂層。在這種情況下，高接觸角是理想的。我們將改變涂層配方，并使用水滴來確定哪種涂層更耐濕。

表面張力

液滴的表面張力由其組成分子之間的相互作用決定。一滴液體中的分子如下圖所示。在大部分液滴中，分子間作用力從各個方向均等地作用于分子。然而，在液滴表面，外側沒有液體分子。

表面上的分子比整體上的分子彼此結合得更緊密，因為它們沒有被從各個方向拉過來。這意味著，一旦物體被淹沒，它穿透表面比在物體內部移動更困難。

平衡的力量

當液滴與固體表面接觸時，有三個邊界需要考慮:固體、液體和包圍它們的蒸汽(通常是空氣)。

下圖顯示了液滴邊緣與固體表面接觸點的力圖。三個箭頭代表由表面張力在三個界面上施加的力:液體-表面、液體-蒸汽和固體-蒸汽。

每個力都遠離平衡點，所以如果液滴處于平衡狀態，那么力是平衡的，可以用下面的等式來描述:

其中cos θ給出了液體-蒸汽表面張力的x分量。這可以重新安排以給出:

這個等式提供了一些有用的信息:

如果γ支援車(Suport Vehicle)> γ限位開關（Limit Switch），cos θ為正，θ< 90°o(還有水滴濕胎).這可能發生在高表面能固體(如金屬)或低表面張力液體.

如果γ支援車(Suport Vehicle) < γ限位開關（Limit Switch），則cos θ將為負，因此θ> 90°o(還有水滴dewets).這可能發生在低表面能固體，或一個高表面張力液體(比如水)。

這可能會提出一個問題，即我們如何將表面能密度(單位J/m2)與表面張力(單位N/m)。

因此，表面能密度和表面張力可以相等。